Az elméleti fizika egyik fő feladata ma, hogy választ találjon arra a kérdésre, hogy vannak-e magasabb dimenziók. Valóban csak hosszúságból, szélességből és magasságból áll a tér, vagy ez csak az emberi érzékelés korlátja? A tudósok évezredek óta határozottan elutasították a többdimenziós tér létezésének gondolatát. A tudományos és technológiai forradalom azonban sokat változott, és ma a tudomány már nem ilyen kategorikus a magasabb dimenziók kérdésében.
Mi a "többdimenziós tér" fogalmának lényege?
Az ember egy olyan világban él, amely három dimenzióból áll. Bármely objektum koordinátái három értékkel fejezhetők ki. És néha kettő – ha arról van szó, hogy mi van a Föld felszínén.
A hosszúság, szélesség és magasság egyaránt használható földi objektumok és égitestek – bolygók, csillagok és galaxisok – leírására. A mikrokozmoszban lakó dolgokhoz is elegendőek - molekulákhoz, atomokhoz és elemi anyagokhozrészecskék. A negyedik dimenzió az idő.
Egy többdimenziós térben legalább öt dimenziónak kell lennie. A modern elméleti fizika számos elméletet dolgozott ki különböző méretű terekre – akár 26-ig. Létezik olyan elmélet is, amely végtelen számú dimenziójú teret ír le.
Euklidésztől Einsteinig
Az ókor, a középkor és az újkor fizikusai és matematikusai kategorikusan tagadták a magasabb dimenziók létezésének lehetőségét. Egyes matematikusok még a tér három paraméterrel való korlátozásának indoklását is levezették. Az euklideszi geometria csak három dimenziót vett fel.
Az általános relativitáselmélet megjelenése előtt a tudósok általában úgy tekintették a többdimenziós teret, hogy méltatlan a tanulmányozásra és az elméletek fejlesztésére. Amikor Albert Einstein megfogalmazta a téridő fogalmát, három dimenziót a negyedik dimenzióval ötvözve, az idő ebben a kérdésben azonnal eltűnt.
A relativitáselmélet bizonyítja, hogy az idő és a tér nem különálló és független dolgok. Például, ha az űrhajósok hosszú ideig felszállnak egy nagy sebességgel mozgó hajóra, akkor a Földre visszatérve fiatalabbak lesznek társaiknál. Ennek az az oka, hogy kevesebb idő telik el számukra, mint az embereké a Földön.
Kaluza-Klein elmélet
1921-ben Theodor Kaluza német matematikus a relativitáselmélet egyenleteit felhasználva megalkotta azt az elméletet,amely először egyesítette a gravitációt és az elektromágnesességet. Ezen elmélet szerint a térnek öt dimenziója van (az időt is beleértve).
1926-ban Oscar Klein svéd fizikus levezette a Kaluza által leírt ötödik dimenzió láthatatlanságának igazolását. Ez abból állt, hogy a magasabb dimenziók hihetetlenül kis értékre vannak tömörítve, amit Planck-értéknek neveznek, és 10-35. Később ez képezte a többdimenziós térrel kapcsolatos más elméletek alapját.
Húrelmélet
Az elméleti fizika ezen területe messze a legígéretesebb. A húrelmélet azt állítja, hogy ez az, amit a fizikusok az általános relativitáselmélet megjelenése óta keresnek. Ez mindennek az úgynevezett elmélete.
A tény az, hogy két alapvető fizikai elv – a relativitáselmélet és a kvantummechanika – feloldhatatlan ellentmondásban van egymással. A mindenre vonatkozó elmélet egy hipotetikus fogalom, amely megmagyarázhatja ezt a paradoxont. A húrelmélet viszont jobban megfelel erre a szerepre.
Lényege, hogy a világ szerkezetének szubatomi szintjén a részecskék rezegnek, hasonlóan a közönséges húrok, például egy hegedű rezgéséhez. Innen kapta az elmélet a nevét. Ezen túlmenően ezeknek a húroknak a méretei rendkívül kicsik, és a Planck-hossz körül ingadoznak - ugyanaz, amely a Kaluza-Klein elméletben is megjelenik. Ha egy atomot egy galaxis méretűre nagyítunk, akkor a húr csak akkora lesz, mint egy felnőtt fa. A húrelmélet csak többdimenziós térben működik. És több is vanverziók. Egyesekhez 10 dimenziós, míg mások 26 dimenziós teret igényelnek.
A húrelmélet létrehozásának idején a fizikusok nagy szkepticizmussal fogadták a húrelméletet. De ma ez a legnépszerűbb, és sok elméleti fizikus foglalkozik fejlesztésével. Az elmélet rendelkezéseit azonban még nem lehet kísérletileg bizonyítani.
Hilbert tér
A magasabb dimenziókat leíró másik elmélet a Hilbert tér. David Hilbert német matematikus írta le, miközben az integrálegyenletek elméletén dolgozott.
A Hilbert-tér egy matematikai elmélet, amely az euklideszi tér tulajdonságait írja le végtelen dimenzióban. Vagyis ez egy többdimenziós tér végtelen számú dimenzióval.
Hipertér a sci-fiben
A többdimenziós tér ötlete számos sci-fi cselekményt eredményezett – irodalmi és filmes egyaránt.
Így Dan Simmons "Songs of Hyperion" tetralógiájában az emberiség hiperspatiális null-portálok hálózatát használja, amelyek képesek azonnali tárgyak átvitelére nagy távolságra. Robert Heinlein Starship Troopers című művében a katonák a hiperteret is használják az utazáshoz.
A hiperűrrepülés gondolatát számos űropera-filmben felhasználták, köztük a híres Star Wars-sagában és a Babylon 5 című tévésorozatban.
Az "Interstellar" film cselekménye szinte teljesen az ötlethez kötődikmagasabb dimenziók. A gyarmatosításhoz megfelelő bolygót keresve a hősök féreglyukakon keresztül utaznak az űrben - egy hiperűralagúton, amely egy másik rendszerbe vezet. A végére pedig a főszereplő belép a többdimenziós tér világába, melynek segítségével sikerül információkat átvinnie a múltba. A film világosan mutatja a tér és az idő közötti összefüggést is, amit Einstein is levezetett: az űrhajósok számára lassabban telik az idő, mint a földi karaktereknél.
A "Cube 2: Hypercube" című filmben a szereplők egy csecsebecseben találják magukat. Tehát a magasabb dimenziók elméletében többdimenziós kockának nevezik. A kiutat keresve párhuzamos univerzumokban találják magukat, ahol találkoznak alternatív változataikkal.
A többdimenziós tér ötlete még mindig fantasztikus és nem bizonyított. Ma azonban sokkal közelebb és valóságosabb, mint néhány évtizeddel ezelőtt. Elképzelhető, hogy a következő évszázadban a tudósok felfedezik a magasabb dimenziókban való mozgást, és ezáltal a párhuzamos világokban való utazást. Addig az emberek sokat fognak fantáziálni erről a témáról, és csodálatos történeteket találnak ki.
